علم الواجهات والغرويات

علم الأسطح والغرويات هو مجال متعدد التخصصات يجمع بين فروع الكيمياء والفيزياء وعلوم النانو وغيرها من المجالات ^{[ 1 ]} ، ويتناول الغرويات ، وهي أنظمة متعددة الأطوار غير متجانسة تحتوي على أسطح واسعة. ومن الأمثلة على ذلك المحلول الغرواني ، وهو خليط غير متجانس يتراوح حجم جسيماته بين حجم جسيمات المحلول الحقيقي والمعلق ، أي بين 1 و1000 نانومتر. يُعد دخان الحريق مثالًا على نظام غرواني تطفو فيه جسيمات صلبة دقيقة في الهواء. ومثل المحاليل الحقيقية، فإن الجسيمات الغروانية صغيرة جدًا ولا يمكن رؤيتها بالعين المجردة، وتمر بسهولة عبر ورق الترشيح. إلا أن الجسيمات الغروانية كبيرة بما يكفي ليتم حجبها بواسطة ورق البرشمان أو الأغشية الحيوانية. وتُعد المواد المسامية المبللة، والأغشية الرقيقة من الزيت على سطح الماء، أمثلة أخرى على الأنظمة التي يدرسها علم الأسطح والغرويات.

لعلم الواجهات والغرويات تطبيقات وتداعيات في الصناعات الكيميائية، والمستحضرات الصيدلانية، والتكنولوجيا الحيوية، والسيراميك، والمعادن، وتكنولوجيا النانو ، والموائع الدقيقة، من بين أمور أخرى.

ظل علم الأسطح والغرويات تجريبياً لفترة طويلة. ظهرت بعض النماذج الرياضية المتفرقة، مثل نظريات الحركة الكهربائية التي وضعها ماريان سمولوشوفسكي عام 1903 ، ^{[ 2 ] [ 3 ]} أو نظرية الحركة البراونية التي وضعها ألبرت أينشتاين عام 1905 ^{[ 4 ] [ 5 ]} . مع ذلك، كانت هذه استثناءات تؤكد على النهج التجريبي في معالجة المشكلة الرئيسية لهذا العلم، بما في ذلك استقرار الغرويات والأغشية الرقيقة.

تغير هذا الوضع بشكل جذري بعد ابتكار نظرية DLVO في أربعينيات القرن العشرين على يد مدرستي بوريس ديرجاغين وثيودور أوفربيك . ^{[ 6 ] [ 7 ]} وقد وصف بييراندريا لو نوسترو وباري نينهام في عام 2019 تطور نظرية DVLO على النحو التالي: ^{[ 8 ]}

وهكذا، في جيل واحد، انتقل علم الغرويات من كونه منطقة هامشية في الكيمياء الفيزيائية، يتخبط في الوحل كما لو كان، إلى مركز الصدارة في الفيزياء النظرية!

كشفت دراسات لاحقة أجرتها مجموعات بحثية عديدة عن ثغرات في أسس علم الأسطح البينية والغرويات. وقد صاغ نينهان وزملاؤه المشكلتين الرئيسيتين في عدة أوراق بحثية. ^{[ 8 ] [ 9 ]} تتعلق الأولى بالتداخل بين الطبقة المزدوجة الكهروستاتيكية العيانية وقوى فان دير فالس . أما الثانية فتتعلق بدور الغاز المذاب وتنظيمه الذاتي، وهو ما تتجاهله النظريات الحديثة.

• واجهة (مادة)
• الظواهر الكهروكينيتيكية
• علم القطع

• هاكلي، فيرجينيا وفيراس، سي إف "استخدام التسمية في علم وتكنولوجيا التشتت" ، المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا، منشور خاص 960-3 (2001)؛
• ليكليما، ج. "أساسيات علم الأسطح البينية والغرويات" ، المجلد 2، الصفحة 3208، 1995، رقم ISBN 0-12-460529-X
• راسل، دبليو بي، سافيل، دي إيه، وشوالتر، دبليو آر، "المشتتات الغروية" ، مطبعة جامعة كامبريدج، 1992، رقم ISBN 0-521-42600-6
• إسرائيلاتشفيلي، جاكوب (2010). القوى بين الجزيئية والسطحية، الطبعة الثانية: مع تطبيقات على الأنظمة الغروية والبيولوجية . لندن: أكاديميك برس. ص  480. ISBN 978-0-12-375181-2.

• معهد ماكس بلانك للغرويات والأسطح البينية
• قسم الكيمياء الغروية والسطحية التابع للجمعية الكيميائية الأمريكية